ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГЕОСФЕР:

, ÿíâàðü, 2004 ã., ¹ 1
ÏÐÎÈÑÕÎÆÄÅÍÈÅ ÃÅÎÑÔÅÐ:
íîâûå ðåçóëüòàòû è îñòàþùèåñÿ ïðîáëåìû*
À. Â. Âèòÿçåâ, Ã. Â. Ïå÷åðíèêîâà
Èíñòèòóò äèíàìèêè ãåîñôåð ÐÀÍ, Ìîñêâà
Îáñóæäàþòñÿ ñîâðåìåííîå ñîñòîÿíèå ïðîáëåìû ïðîèñõîæäåíèÿ Çåìëè
è ïðîöåññû, ïðèâåäøèå ê ôîðìèðîâàíèþ åå îáîëî÷å÷íîãî ñòðîåíèÿ. Îñíîâíîå âíèìàíèå óäåëåíî íîâûì ðåçóëüòàòàì, ñâÿçàííûì ñî còàáèëüíûìè è êîðîòêîæèâóùèìè ðàäèîàêòèâíûìè
èçîòîïàìè, «öèðêîíîâûì îêíîì», ïîìîãàþùèìè äåòàëèçèðîâàòü îòäåëüíûå ñòàäèè ôîðìèðîâàíèÿ ãåîñôåð.
Ââåäåíèå
Ñðåäè êðóïíåéøèõ àñòðîôèçè÷åñêèõ
îòêðûòèé ïîñëåäíèõ äåñÿòèëåòèé äâà
èìåþò íåïîñðåäñòâåííîå îòíîøåíèå ê
òåîðèè ïðîèñõîæäåíèÿ Çåìëè è ïëàíåò.
Âî-ïåðâûõ, îòêðûòû ãàçîïûëåâûå äèñêè îêîëî ñîòåí ìîëîäûõ çâåçä, ïîäîáíûõ ðàííåìó Ñîëíöó. Âî-âòîðûõ, îòêðûòû äåñÿòêè ïëàíåòíûõ ñèñòåì, ïðàâäà, èççà èçâåñòíûõ îñîáåííîñòåé èõ îáíàðóæåíèÿ, ýòî â îñíîâíîì ïëàíåòû-ãèãàíòû, áîëüøèå èëè ñðàâíèìûå ïî ìàññå ñ
Þïèòåðîì è Ñàòóðíîì è ðàñïîëàãàþùèåñÿ âåñüìà áëèçêî ê ñâîèì çâåçäàì
íà äîñòàòî÷íî ýêñöåíòðè÷íûõ îðáèòàõ.
Ñ îäíîé ñòîðîíû, òåîðèÿ ïðîèñõîæäåíèÿ ïëàíåòíîé ñèñòåìû Ñîëíöà (ñì., íàïðèìåð, [1—3]), ñîçäàííàÿ óñèëèÿìè íåñêîëüêèõ èññëåäîâàòåëüñêèõ ãðóïï â Ðîññèè, ÑØÀ è ßïîíèè â 70—90-õ ãã. óøåäøåãî ñòîëåòèÿ, ïîëó÷èëà âåñîìîå ïîäòâåðæäåíèå ñâîèõ îñíîâ. Ðàñ÷åòû êîëëàïñà ôðàãìåíòîâ ìåæçâåçäíûõ îáëàêîâ
ïîêàçàëè, ÷òî â çàâèñèìîñòè îò óäåëüíîãî óãëîâîãî ìîìåíòà ìîãóò ôîðìèðîâàòüñÿ êàê îäèíî÷íûå çâåçäû, òàê è
äâîéíûå è (ìåíåå óñòîé÷èâûå) ìóëüòèñèñòåìû çâåçä, à òàêæå ïðîìåæóòî÷íûé
êëàññ çâåçä ñ ãàçîïûëåâûìè äèñêàìè, ñîäåðæàùèìè íåáîëüøóþ äîëþ ìàññû íà÷àëüíîãî ôðàãìåíòà, íåäîñòàòî÷íóþ äëÿ
ôîðìèðîâàíèÿ äàæå êîðè÷íåâûõ êàðëèêîâ. Òî, ÷òî â ðååñòðàõ íàáëþäàåìûõ äèñêîâ è ïëàíåò âñòðå÷àþòñÿ áîëåå ìàññèâíûå àíàëîãè Cîëíå÷íîé ñèñòåìû è åùå
íå îáíàðóæåíû ïëàíåòû, ïîäîáíûå ïëàíåòàì çåìíîé ãðóïïû, ÿâëÿåòñÿ åñòåñòâåííûì ñëåäñòâèåì èíñòðóìåíòàëüíîé ñåëåêòèâíîñòè íàáëþäåíèé è ïîêà
íå äîëæíî âûçûâàòü ñîìíåíèé â ïðàâèëüíîñòè ñòàíäàðòíîãî ñöåíàðèÿ ïðîèñõîæäåíèÿ Cîëíå÷íîé ñèñòåìû
(ÑÑÏÑÑ) [1—3]. Äëèòåëüíîñòü îòäåëüíûõ
ñòàäèé ýâîëþöèè ðàííåãî Ñîëíöà è ãàçîïûëåâîãî äèñêà, ïðîäîëæèòåëüíîñòü
àêêóìóëÿöèè ñíà÷àëà ìàëûõ, à çàòåì è
áîëåå êðóïíûõ òåë, âêëþ÷àÿ çàêëþ÷èòåëüíûå ñòàäèè ôîðìèðîâàíèÿ ïëàíåò,
äîëãîå âðåìÿ îñòàâàëèñü ïðåäìåòîì äåáàòîâ. Ê íà÷àëó ýòîãî ñòîëåòèÿ äàííûå
ïî ðàäèîàêòèâíûì èçîòîïàì ïîçâîëèëè íàðèñîâàòü ñîãëàñîâàííóþ ñ äèíàìè÷åñêèìè ðàñ÷åòàìè êàðòèíó.
Îöåíêè îáùåãî âîçðàñòà Cîëíå÷íîé
ñèñòåìû (4.6 ìëðä ëåò) è äëèòåëüíîñòè
çàêëþ÷èòåëüíûõ ñòàäèé ôîðìèðîâàíèÿ
Çåìëè (îêîëî 100 ìëí ëåò) âîøëè â ñîîòâåòñòâóþùèå ñïðàâî÷íèêè è ýíöèêëîïåäèè, ëåêöèîííûå êóðñû è ïîïóëÿðíûå
èçäàíèÿ. Áûëî ïîêàçàíî [2—4], ÷òî, â
îòëè÷èå îò âîççðåíèé 50—70-õ ãã., ñóùåñòâåííûé íàãðåâ íåäð ÷àñòè äîïëàíåòíûõ òåë, äåãàçàöèÿ, ïëàâëåíèå è äèôôåðåíöèàöèÿ ïðèìèòèâíîãî âåùåñòâà
ïðîèñõîäèëè óæå íà ñòàäèè èõ ôîðìèðîâàíèÿ, ò. å. â ïåðâûå ìèëëèîíû è äåñÿòêè ìèëëèîíîâ ëåò. Ñëåäîâàòåëüíî,
ôîðìèðîâàíèå ãåîñôåð íåîáõîäèìî
îòñëåæèâàòü íà÷èíàÿ óæå ñî ñòàäèè
ôîðìèðîâàíèÿ ïðîòîïëàíåò.  ïîñëåäíèå äåñÿòèëåòèÿ íå ïîÿâëÿëèñü ìîíîãðàôèè èëè äîñòàòî÷íî ïîëíûå îáçîðû
ïî òåìå, îáîçíà÷åííîé â çàãëàâèè, è ïîäâîäÿùèå èòîãè, èìåþùèåñÿ ê íà÷àëó
âåêà. Íàñòîÿùåé ðàáîòîé ìû íàìåðåâàåìñÿ ÷àñòè÷íî çàïîëíèòü ýòîò ïðîáåë.
Ôîðìèðîâàíèå ÿäðà è ìàíòèè.
Îáðàçîâàíèå Ëóíû
Ñöåíàðèè ðàííåãî îáðàçîâàíèÿ
ÿäåð è ìàíòèé ïëàíåò çåìíîé ãðóïïû,
ïðåäëîæåííûå â 80—90-õ ãã., îñíîâûâàëèñü íà ôàêòå ñóùåñòâîâàíèÿ ÿäðà
Ìàðñà è â òî æå âðåìÿ âåñüìà äðåâíåé
åãî ïîâåðõíîñòè, óêàçàíèÿõ íà äèôôåðåíöèðîâàííîñòü Ìåðêóðèÿ òàêæå ñ
äðåâíåé ïîâåðõíîñòüþ, äðåâíèå (áîëåå
4.5 ìëðä ëåò) âîçðàñòû áîëüøèíñòâà
æåëåçíûõ ìåòåîðèòîâ è àõîíäðèòîâ.
Áàëàíñîâûå ðàñ÷åòû äëÿ Çåìëè, îñíîâàííûå íà U–Th–Pb èçîòîïíîé ñèñòåìå [5], ïîêàçàëè âîçìîæíîñòü ñîãëàñîâàíèÿ èçîòîïíûõ è ãåîõèìè÷åñêèõ ìàðêåðîâ â ñöåíàðèè ñ äèôôåðåíöèàöèåé,
ïðîòåêàþùåé îäíîâðåìåííî ñ ðîñòîì
ïëàíåòû. Äëÿ Ìåðêóðèÿ îäíîâðåìåííî è íåçàâèñèìî [6—8] áûë ïðåäëîæåí
ñöåíàðèé ñðûâà ñèëèêàòíîé îáîëî÷êè
äèôôåðåíöèðîâàííîé ïëàíåòû, îáúÿñíÿþùèé öåëûé ðÿä äèíàìè÷åñêèõ è õèìè÷åñêèõ îñîáåííîñòåé ïëàíåò çåìíîé
ãðóïïû. Ñòàëî ÿñíî, ÷òî äàæå êðóïíûå
ïðîòîïëàíåòû íå ñðàçó àêêóìóëèðîâàëè âñå ïàäàþùåå íà íèõ âåùåñòâî, ÷àñòü
åãî íà âðåìÿ âîçâðàùàëàñü íà ãåëèîöåíòðè÷åñêèå îðáèòû.
 êîíöå 70-õ ãã. íà÷àëñÿ íîâûé
øòóðì ïðîáëåìû îáðàçîâàíèÿ ñèñòåìû Çåìëÿ-Ëóíà. Áîëüøèíñòâî çàïàäíûõ
èññëåäîâàòåëåé ñ÷èòàþò íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûì ñöåíàðèåì ôîðìèðîâàíèÿ
Ëóíû îäíîêðàòíîå ïàäåíèå íà ðàñòóùóþ Çåìëþ äèôôåðåíöèðîâàííîãî
òåëà ìàññîé ïîðÿäêà (íå ìåíåå) ìàññû
Ìàðñà. Áûëî ïðîâåäåíî çíà÷èòåëüíîå
êîëè÷åñòâî ðàñ÷åòîâ äèíàìè÷åñêèõ ïîñëåäñòâèé òàêîãî ñòîëêíîâåíèÿ. Áîëüøîå ÷èñëî ðàáîò ïîñâÿùåíî ãåîõèìè÷åñêèì ñëåäñòâèÿì, âûòåêàþùèì èç
òàêîãî ñöåíàðèÿ, è ñîïîñòàâëåíèþ èõ ñ
äàííûìè ïî Ëóíå. Äîñòàòî÷íî ïîëíóþ
êàðòèíó èìåþùèõñÿ «çà» è «ïðîòèâ»
äëÿ ýòîãî ñöåíàðèÿ ìîæíî íàéòè â ñáîðíèêå òðóäîâ ñïåöèàëüíîé êîíôåðåíöèè
ïî ïðîáëåìå îáðàçîâàíèÿ ñèñòåìû
Çåìëÿ-Ëóíà [9]. Â íàøèõ ðàáîòàõ ïðåäëîæåíà êîìïëåêñíàÿ ìîäåëü ôîðìèðîâàíèÿ Ëóíû óäàðíûìè âûáðîñàìè îò
íåñêîëüêèõ êðóïíûõ òåë, ïîçâîëÿþùàÿ
èçáåæàòü òðóäíîñòåé ãèïîòåçû åäèíè÷íîãî óäàðà [4, 10]. Ñóùåñòâåííî, ÷òî îáà
ñöåíàðèÿ, êàçàëîñü, ïîäòâåðæäàëèñü
íåçàâèñèìûìè äàííûìè ïî èçîòîïíîé
ñèñòåìå Hf-W, èíòåðïðåòèðîâàâøèìèñÿ êàê óêàçàíèå íà äëèòåëüíîñòü êàê
ðîñòà Çåìëè, òàê è ôîðìèðîâàíèÿ çåìíîãî ÿäðà â 100 ìëí ëåò è ôîðìèðîâàíèÿ Ëóíû ãäå-òî â ñåðåäèíå ýòîãî ïðîìåæóòêà [9, 11].
Îäíàêî â 2002 ã. îäíîâðåìåííî òðåìÿ íåçàâèñèìûìè ãðóïïàìè [12—14]
áûëè ïðîâåäåíû ïðåöèçèîííûå èçìåðåíèÿ îòíîøåíèé èçîòîïîâ âîëüôðàìà â
îáðàçöàõ ìåòåîðèòíîãî, ëóííîãî, çåìíîãî è ìàðñèàíñêîãî (SNC-ìåòåîðèòû
* Äîêëàä, ïðî÷èòàííûé â Èíñòèòóòå ãåîëîãèè 2002 ã.
7
, ÿíâàðü, 2004 ã., ¹ 1
— Shergotty-Nakhla-Shassigny) âåùåñòâ
è ñäåëàíû âûâîäû, âñòóïàþùèå â ïðîòèâîðå÷èå ñ ïðåäøåñòâîâàâøèìè äèíàìè÷åñêèìè ðàñ÷åòàìè. Ñëåäóåò íàïîìíèòü îñîáåííîñòè ñèñòåìû Hf-W. Ãàôíèé è âîëüôðàì — ðåôðàêòîðíûå ýëåìåíòû (ò. å. èõ îòíîøåíèå â îòëè÷èå, íàïðèìåð, îò K/W íå ìåíÿåòñÿ â õîäå àêêóìóëÿöèè), íî âîëüôðàì ñèäåðîôèëåí
è ïîýòîìó â ñëó÷àå ðàçäåëåíèÿ ðàñïëàâîâ ñèëèêàòîâ è æåëåçà óõîäèò ñ ïîñëåäíèì â ÿäåðíóþ êîìïîíåíòó. Ïåðèîä
ïîëóðàñïàäà 182Hf → 182W äîñòèãàåò
9 ìëí ëåò. Îáíàðóæåííûé íåáîëüøîé
èçáûòîê 182W â îáðàçöàõ ýâêðèòîâ, SNCìåòåîðèòîâ, ìàíòèéíûõ çåìíûõ êñåíîëèòîâ ïî îòíîøåíèþ ê ñîäåðæàíèþ â
íåäèôôåðåíöèðîâàííûõ õîíäðèòîâûõ
ìåòåîðèòàõ èíòåðïðåòèðóåòñÿ êàê âåñüìà ðàííåå (â ïåðâûå 10 ìëí ëåò) îòäåëåíèå ñèëèêàòîâ îò æåëåçà.
 óêàçàííûõ âûøå ðàáîòàõ [12—14]
âðåìÿ ðîñòà è äèôôåðåíöèàöèè Âåñòû
îöåíèâàåòñÿ â 3—4 ìëí ëåò, âðåìÿ îáðàçîâàíèÿ Ìàðñà è åãî ÿäðà — ìåíåå
15 ìëí ëåò è ðîñò Çåìëè ñ îäíîâðåìåííûì ôîðìèðîâàíèåì åå ÿäðà — 30 ìëí
ëåò. Äëÿ óäàðíîãî ñîáûòèÿ, âûçâàâøåãî
îáðàçîâàíèå Ëóíû, ïðèâîäèòñÿ èíòåðâàë
15—30 ìëí ëåò. Óìåíüøåíèå â òðè ðàçà
èíòåðâàëà âðåìåíè àêêóìóëÿöèè ïëàíåò
çåìíîé ãðóïïû, ïðåäëàãàåìîå èçîòîïíîé
êîñìîõèìèåé, — ñåðüåçíûé âûçîâ ñïåöèàëèñòàì ïî ðàñ÷åòàì àêêóìóëÿöèè òåë
â ïðîòîïëàíåòíîì äèñêå, ÷òî è îòìåòèë
A.G.W. Cameron â ñïåöèàëüíîì îáçîðå â
òîì æå íîìåðå «Nature».
Íàìè áûë ïðåäëîæåí âûõîä èç ñîçäàâøåéñÿ ñèòóàöèè, ïîçâîëÿþùèé ñîãëàñîâàòü êîñìîõèìè÷åñêèå äàííûå è
ðåçóëüòàòû òåîðèè è ÷èñëåííûõ ðàñ÷åòîâ àêêóìóëÿöèè òåë [15, 16]. Ñîãëàñíî
òåîðèè ïðîèñõîæäåíèÿ ïëàíåòíîé ñèñòåìû Ñîëíöà [1—3], îáðàçîâàíèå ïëàíåòåçèìàëåé ðàçìåðàìè â ñîòíè êèëîìåòðîâ óæå â ïåðâûå ìèëëèîíû ëåò è
èõ ðàçîãðåâ êîðîòêîæèâóùèì èçîòîïîì
26Al (âðåìÿ ïîëóðàñïàäà 0.72 ìëí ëåò)
äî òåìïåðàòóðû ïëàâëåíèÿ íåäð, ïîçâîëÿþò èíòåðïðåòèðîâàòü ïîêàçàíèÿ Hf-W
ãåîõðîíîìåòðà êàê óêàçàíèå íà ïëàâëåíèå è äèôôåðåíöèàöèþ â ðîäèòåëüñêèõ
ïëàíåòåçèìàëÿõ è îòñóòñòâèå äàëüíåéøåé ñóùåñòâåííîé ðåãîìîãåíèçàöèè
ýòîãî ìàòåðèàëà â õîäå ïîñëåäóþùåé
àêêóìóëÿöèè è ôîðìèðîâàíèÿ êðóïíûõ
ïðîòîïëàíåò â çîíå ïëàíåò çåìíîé ãðóïïû. Ïðè ýòîì ìû èìååì è åñòåñòâåííîå îáúÿñíåíèå êàæóùåãîñÿ ïðîòèâîðå÷èÿ ìåæäó ïîêàçàíèÿìè Hf-W ãåîõðîíîìåòðà è äàííûìè ïî Nb—Zr [17],
8
ñîãëàñíî êîòîðûì, äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ
çåìíîãî ÿäðà íåîáõîäèìî îêîëî 100
ìëí ëåò. Äåëî â òîì, ÷òî ýëåìåíòû ýòîé
(Nb—Zr) ñèñòåìû, ïðîÿâëÿþò äèñïðîïîðöèîíèðîâàíèå ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøèõ (ìåãàáàðíûõ) äàâëåíèÿõ è òàêèì
îáðàçîì ñâèäåòåëüñòâóþò î äëèòåëüíîñòè äèôôåðåíöèàöèè óæå â ãëóáîêèõ
ãîðèçîíòàõ ôàêòè÷åñêè ñôîðìèðîâàâøåéñÿ Çåìëè [17].
 çàêëþ÷åíèå ýòîãî ïóíêòà îòìåòèì, ÷òî äî ñèõ ïîð îñòàåòñÿ íåðåøåííîé ïðîáëåìà ëåãêîé äîáàâêè ê Fe-Ni â
çåìíîì ÿäðå (S?, O?, C?, Si?). Ïðîâåäåííûå â ÈÄÃ ÐÀÍ ýêñïåðèìåíòû ïî
íàãðåâó è ïëàâëåíèþ îáðàçöîâ ìåòåîðèòà «Öàðåâ» [18] ïîêàçàëè, ÷òî â õîäå
èíêîíãðóåíòíîãî ïëàâëåíèÿ ïðèìèòèâíîãî âåùåñòâà Fe-Ni-S êîìïîíåíò ëåãêî
îòäåëÿåòñÿ îò ñèëèêàòîâ è ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé âåùåñòâî, ôîðìèðîâàâøåå ÿäðà ïëàíåòåçèìàëåé è ïåðâè÷íîå
çåìíîå ÿäðî. Ñîäåðæàíèå ñëåäîâûõ ñèäåðîôèëüíûõ ýëåìåíòîâ â Fe-Ni êîìïîíåíòå ðàñïëàâà âåùåñòâà «Öàðåâà» è èõ
ñðåäíåå ñîäåðæàíèå â æåëåçíûõ ìåòåîðèòàõ âåñüìà ñõîäíû. Äëÿ âàðèàíòà ïðèìèòèâíîãî ìàòåðèàëà ñ ìåíüøåé ïî
ñðàâíåíèþ ñ ñîâðåìåííîé Çåìëåé ìàññîâîé äîëåé ÿäåðíîãî êîìïîíåíòà, ò. å.
ñî çíà÷èòåëüíûì ñîäåðæàíèåì â ïðèìèòèâíîì âåùåñòâå îêèñëîâ æåëåçà, ðÿä
èññëåäîâàòåëåé ïðåäëîæèëè âûñîêîáàðè÷åñêèå ìåõàíèçìû óõîäà íåîáõîäèìîé äîëè FeO â ÿäðî [1, 4, 18]. Íåäàâíèå
ýêñïåðèìåíòû è îöåíêè [19] ñâèäåòåëüñòâóþò î íåáîëüøîì óìåíüøåíèè ñîäåðæàíèÿ FeO â ìàíòèè â äîêåìáðèè.
 òî æå âðåìÿ âõîæäåíèå êðåìíèÿ â ñîñòàâ ÿäðà ìàëî âåðîÿòíî, òàê êàê â ìàíòèéíûõ êñåíîëèòàõ äîëæíî áûëî áûòü
òîãäà ãîðàçäî ìåíüøå ñèäåðîôèëüíûõ
âàíàäèÿ è õðîìà. Òàêèì îáðàçîì, îñòàåòñÿ âûáðàòü ìåæäó FeS è FeO. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ òåðìè÷åñêîé èñòîðèè
ïëàíåòû íå ïðîòèâîðå÷àò èçîòîïíûì
äàííûì, íî, ê ñîæàëåíèþ, íå ïîçâîëÿþò ïîêà âûáðàòü ïðåäïî÷òèòåëüíûé
âàðèàíò èç âîçìîæíûõ îñòàâøèõñÿ. Ðàçíèöà â òåìïåðàòóðàõ ïëàâëåíèÿ äëÿ ðàçíûõ âàðèàíòîâ ñìåñè íå îòðàæàåòñÿ â
êîíå÷íîì òåìïåðàòóðíîì ðàñïðåäåëåíèè, òàê êàê èçáûòî÷íîå òåïëî âåäåò ê
ïîíèæåíèþ âÿçêîñòè, âîçðàñòàíèþ ýôôåêòèâíîé òåïëîïðîâîäíîñòè è áûñòðîìó ñáðîñó èçáûòî÷íîé ýíòàëüïèè.
Íàøà ñâîäêà ïî ýíåðãîáàëàíñó ðàííåé
Çåìëè ïðèâåäåíà â òàáë.1.
Ïðîèñõîæäåíèå ïåðâè÷íîé êîðû,
ãèäðîñôåðû è àòìîñôåðû
Âîçðàñò äðåâíåéøèõ çåìíûõ ïîðîä
îêîëî 4 ìëðä ëåò. Äðåâíåéøèå ëóííûå
ïîðîäû ñ âûñîêîãîðèé äàòèðóþòñÿ
4.4—4.5 ìëðä ëåò, âðåìåíà îáðàçîâàíèÿ
áîëüøèíñòâà õîðîøî äàòèðîâàííûõ
ïðåäñòàâèòåëåé îñíîâíûõ êëàññîâ ìåòåîðèòîâ 4.5—4.6 ìëðä. åò. Âñå óïîìÿíóòûå äàòèðîâêè ïîäðàçóìåâàþò ñîãëàñîâàííîñòü ìèíèìóì ïî ÷åòûðåì íåÒàáëèöà 1
Ýíåðãîáàëàíñ Çåìëè â ïåðâûå 500 ìëí ëåò
Иñòî÷íèêè
Êîðîòêîæèâóùèå ðàäèîàêòèâíûå Al26 , Fe 60
Äîëãîæèâóùèå ðàäèîàêòèâíûå U, Th, K 40
Ýðã
10 37
Ýíåðãèÿ óäàðîâ ïàäàþù èõ òåë
2 · 10 39
Ýíåðãèÿ óïðóãîãî ñæàòèÿ
Ýíåðãèÿ äèôôåðåíöèàöèè
10 37
Ýíåðãèÿ ïðèëèâíîé äèññèïàöèè
Ýíòàëüïèÿ ïàäàþù èõ ïëàíåòåçèìàëåé
Ýíåðãèÿ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé *è ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ*
Ñîëíå÷íàÿ ýíåðãèÿ È Ê – ÓÔ + ñîëí. âåòåð
10 37
10 37
10 37
4 · 10 37
1.5 · 10 38
2.5 · 10 38
*  çàâèñèìîñòè îò ýíäî- èëè ýêçîòåðìè÷íîñòè çíàê « - » èëè « + »
Ïðîöåññû òåïëî-ìàññîïåðåíîñà
Óäàðíîå ïåðåìåøèâàíèå
Àäâåêòèâíûå òå÷åíèÿ
Êîíâåêòèâíûé òåïëîïåðåíîñ
Êîíäóêòèâíûé òåïëîïåðåíîñ,
Äèôôóçèîííûé ìàññîïåðåíîñ
Ôëþèäíûé
Ïðèëèâíîå ïåíåïëèðîâàíèå
Óäàðíûé âûáðîñ íà ãåëèî- è ãåîöåíòðè÷åñêèå îðáèòû
Nu
10 2 −10 5
10 2 –10 5
10
1
1
?
10
1 −10 % M ⊕
, ÿíâàðü, 2004 ã., ¹ 1
Òàáëèöà 2 ÷òî ïîäõîäû, îñíîâàííûå íà âàÐàñïðåäåëåíèå êðóïíûõ òåë â çîíå
ðèàíòå «íåäèôôåðåíöèðîâàíïèòàíèÿ ðàñòóùåé Çåìëè
íîé ïåðâè÷íîé Çåìëè», ïðåäñòàâëÿþò òåïåðü ëèøü èñòîðè0.99
Мàññà ðàñòóùåé
÷åñêèé èíòåðåñ.  íàøèõ ðàñ÷å0.7 m⊕ 0.9 m⊕
Çåìëè, m(t)
m⊕
òàõ ïî ñòàíäàðòíîìó ñöåíàðèþ
Âðåìÿ ðîñòà,
ôîðìèðîâàíèÿ Çåìëè ïîëó÷å~ 50
~ 80
~ 100
106 ëåò
íû ñïåêòðû ìàññ è ñêîðîñòåé
Мàññû è ðàäèóñû
òåë, ôîðìèðîâàâøèõ ïëàíåòó, è
ïÿòè êðóïíåéшèõ òåë
îöåíåí òåìï ðîñòà ïëàíåòû [1—
m1 (g)
3.1·1026 1.1·1026 1.2·1025
4, 10]. Äîñòàòî÷íî íàãëÿäíîå
r1 (km)
2600
1900
900
25
25
24
ïðåäñòàâëåíèå î ìàññàõ òåë â
m2 (g)
3.2·10
9.0·10
3.1·10
çîíå ðàñòóùåé ïëàíåòû è ïàäàâr2 (km)
1200
570
1700
25
25
24
øèõ íà íåå òåë äàþò òàáë. 2 è
m3 (g)
1.8·10
1.8·10
5.1·10
ðèñóíîê.
r3 (km)
1400
1000
470
25
25
24
Îñðåäíåííûé ñîñòàâ òåë â
m4 (g)
1.2·10
1.2·10
3.5·10
çîíå
ïëàíåò çåìíîé ãðóïïû,
r4 (km)
1300
900
420
25
24
23
âêëþ÷àÿ
ïîÿñ àñòåðîèäîâ, ñîm5 (g)
9.0·10
9.0·10
2.6·10
r5 (km)
1200
800
380
ãëàñíî ñîâðåìåííîé ïàðàäèãìå
Иíòåðâàë
Чèñëî òåë N(r)
áëèçîê ê ñîñòàâó õîíäðèòîâ. Â
ðàäèóñîâ (km)
â çîíå ïèòàíèÿ ïëàíåòû
òî æå âðåìÿ äàâíî ïîêàçàíî, ÷òî
500—100
2150
870
127
íè èç îäíîãî îòäåëüíîãî êëàññà
100—10
6.9·105 2.8·105 4.1·104
óãëèñòûõ (CI, CÌ, CV, ÑÎ), îáûê10—1
2.2·108 8.8·107 1.3·107
íîâåííûõ (H, L, LL), ýíñòàòèòîâûõ (EH, EL) è äðóãèõ õîíäðèòîâ
è àõîíäðèòîâ Çåìëþ ïîñòðîèòü
íåëüçÿ. Ìîæíî ïîäîáðàòü
ñìåñü èç èçâåñòíûõ êëàññîâ ìåòåîðèòîâ, ïðåäñòàâëåííûõ â çåìíûõ êîëëåêöèÿõ, óäîâëåòâîðÿþùóþ îäíîâðåìåííî èçîòîïíûì, ãåîõèìè÷åñêèì è ãåîôèçè÷åñêèì êðèòåðèÿì [1—3], íî
íåò ãàðàíòèè, ÷òî ñóùåñòâåííàÿ
äîëÿ âåùåñòâà áûëà ïðèâíåñåíà ïëàíåòåçèìàëÿìè â ñðåäíåì
õîíäðèòîâîãî, íî â îñòàëüíîì
Óìåíüøåíèå ñî âðåìåíåì ÷àñòîòû ñòîëêíîâåíèé ðàñ- (ñîäåðæàíèå æåëåçà, ñòåïåíü
òóùåé Çåìëè ñ ïëàíåòåçèìàëÿìè â èíòåðâàëå äèàìåò- îêèñëåííîñòè è ò. ä.) âåñüìà âàðîâ: 1 — 0.5÷1 êì, 2 — 1÷2 êì, 3 — 2÷4 êì, ðèàáåëüíîãî ñîñòàâà, êîòîðûå
4 — 4÷8 êì, 5 — 8÷16 êì, 6 — 16÷32 êì, ëèáî ïîëíîñòüþ âûïàëè íà ïëà7 — 32÷64 êì, 8 — 64÷128 êì, 9 — 128÷256 êì
íåòû, ëèáî åùå íå îáíàðóæåíû,
íàïðèìåð, â ïîÿñå àñòåðîèäîâ.
çàâèñèìûì ìåòîäèêàì.
Íåóâåðåííîñòü â ñîñòàâå ëåãêîé ïðèÄðåâíèå öèðêîíû Àâñòðàëèè óêàçû- ìåñè ÿäðà è ñîñòàâå ìàíòèè â íåñêîëüêî
âàþò íà ñåäèìåíòîãåíåç â ïðèñóòñòâèè ïðîöåíòîâ íå ÿâëÿåòñÿ êàðäèíàëüíîé
âîäíûõ áàññåéíîâ è ãðàíèòîîáðàçîâà- òðóäíîñòüþ äëÿ ïîïûòîê ñìîäåëèðîâàòü
íèå óæå 4.1—4.4 ìëðä ëåò íàçàä [20, 21]. äèôôåðåíöèàöèþ ïåðâè÷íîé Çåìëè íà
Ñòðîãî ãîâîðÿ, «îáðàçöîâ» ïåðâè÷íîé ÿäðî è ìàíòèþ. Îäíàêî äëÿ îïèñàíèÿ
êîðû, ãèäðîñôåðû è àòìîñôåðû ñðåäè âîçìîæíûõ ñîñòàâîâ ïðèìèòèâíîé
íàíîâêëþ÷åíèé â öèðêîíàõ ïîêà íå îá- êîðû, ãèäðîñôåðû è àòìîñôåðû óêàçàííàðóæåíî. Îäíàêî äàííûå î õèìè÷åñ- íûå íåîïðåäåëåííîñòè â âàëîâîì ñîñòàêîì è èçîòîïíîì ñîñòàâàõ óæå äåñÿòêîâ âå òåë, îáðàçîâàâøèõ Çåìëþ, âåäóò ê
òûñÿ÷ çåðåí ZrSiO4 (ñðåäíèé âåñ îòäåëü- íåîïðåäåëåííîñòè îáèëèÿ ëåòó÷èõ
íîãî çåðíà îêîëî 2 ìã) îòêðûâàþò óíè- (Í2Î, CO2 è äð.) â íåñêîëüêî ðàç.
êàëüíîå «öèðêîíîâîå îêíî» äëÿ èññëåÎáúåäèíåííûå äàííûå ïî èçîòîïèè
äîâàòåëåé ïåðâûõ ñîòåí ìèëëèîíîâ ëåò êèñëîðîäà (16O/17O/18O), D/H, Ar/H2O è
ýâîëþöèè ïðèìèòèâíûõ îáîëî÷åê è îò- äðóãèì îòíîøåíèÿì ïîêàçûâàþò, ÷òî
ñåèâàþò ðàííèå ãèïîòåçû, áàçèðîâàâøè- êîìåòíîå âåùåñòâî è óãëèñòûå õîíäðèåñÿ ëèøü íà òîì èëè èíîì âàðèàíòå ôîð- òû ìîãëè ïðèâíåñòè íå áîëåå íåñêîëüìèðîâàíèÿ ïëàíåòû.  ÷àñòíîñòè, ÿñíî, êèõ ïðîöåíòîâ ìàññû Çåìëè [1—4, 10].
 ïåðåñ÷åòå íà Í2Î ýòî ìîæåò ñîñòàâèòü
âñå æå îò íåñêîëüêèõ åäèíèö äî äåñÿòè
ìàññ ñîâðåìåííîé ãèäðîñôåðû (2·1024
ã). Îáûêíîâåííûå õîíäðèòû ñîäåðæàò
ñóùåñòâåííî ìåíüøå ëåòó÷èõ (~0.1 %
Í2Î), íî è ýòîãî ñ íåáîëüøèì èçáûòêîì
õâàòàåò äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ãèäðîñôåðû.
 òî æå âðåìÿ ðàñ÷åòû ïî óäàðíîìó êðàòåðîîáðàçîâàíèþ â ïðîöåññå ðîñòà ïëàíåòû óêàçûâàþò íà òî, ÷òî çàìåòíàÿ äîëÿ
(äî íåñêîëüêèõ ïðîöåíòîâ) âåùåñòâà
ïëàíåòåçèìàëåé è ïîâåðõíîñòè ðàñòóùåé ïëàíåòû ìîãëà âûáðàñûâàòüñÿ íà
ãåî- è äàæå ãåëèîöåíòðè÷åñêèå îðáèòû
[1—3, 10]. Ëåòó÷èå ìîãëè òåðÿòüñÿ â áîëüøèõ ïðîïîðöèÿõ, è ïîòåðÿ âîäû â íåñêîëüêî ìàññ ñîâðåìåííîãî îêåàíà
(1.4·1024 ã) íå ñ÷èòàåòñÿ íåâîçìîæíîé.
Íàêîíåö ñëåäóåò åùå çíàòü, ñêîëüêî ëåòó÷èõ ìîæåò ñîäåðæàòüñÿ â ìàíòèè.
Èìåþùèåñÿ îöåíêè ãåîõèìèêîâ è
ãåîôèçèêîâ ñèëüíî ðàçíÿòüñÿ, êîíñåðâàòèâíûå îöåíêè äàþò îêîëî
(1—3) ·1024 ã SNC ìåòåîðèòû, âåðîÿòíî, ìàðñèàíñêîãî ïðîèñõîæäåíèÿ, ñîäåðæàò îò 0.04 äî 0.4 % âîäû ïî âåñó.
Äëÿ çåìíîé ìàíòèè ñîîòâåòñòâóþùàÿ
ìàññà âîäû ñîñòàâèëà áû îò îäíîé äî
íåñêîëüêèõ ìàññ ñîâðåìåííîãî îêåàíà.
Íå îáñóæäàÿ çäåñü ñèòóàöèþ ïî äðóãèì ëåòó÷èì, çàìåòèì ëèøü, ÷òî äàâíî
èçâåñòíà íèæíÿÿ îöåíêà ìàññîâîãî ñîäåðæàíèÿ óãëåðîäà â Çåìëå. Åñëè âåñü
óãëåðîä çåìíûõ êàðáîíàòîâ ïåðåâåñòè
â àòìîñôåðó, òî åå ìàññà è ñîñòàâ áóäóò áëèçêè ê âåíåðèàíñêîé (~4,5·1023 ã).
 ñëîæèâøåéñÿ ñèòóàöèè, ïî-âèäèìîìó, íåîáõîäèìî ïðåæäå âñåãî ðàññìîòðåòü äâà êðàéíèõ êëàññà ìîäåëåé ñ ìèíèìàëüíûì è ìàêñèìàëüíûì ñîäåðæàíèÿìè ëåòó÷èõ. Äëÿ ìàêñèìàëüíîãî âàðèàíòà ìîæíî ïðèíÿòü ìàêñèìàëüíî
âîçìîæíûé ïðèâíîñ (ïî ìàññå) óãëèñòûìè ìåòåîðèòàìè è êîìåòíûì âåùåñòâîì â 10 % îò ìàññû Çåìëè. Ýòîò âàðèàíò ïî ñóùåñòâó ðàññìàòðèâàëñÿ â
ðàáîòàõ Ðèíãâóäà, âñòðåòèë ðåçêèå âîçðàæåíèÿ (ñì., íàïðèìåð, [1]) è ôàêòè÷åñêè ñåãîäíÿ íå ðàçâèâàåòñÿ. Äëÿ «ñóõîãî» âàðèàíòà Çåìëè ñ ìèíèìàëüíûì
îáèëèåì ëåòó÷èõ ìîæíî çàäàòüñÿ ìîäåëüíûì ñîñòàâîì, ñîäåðæàùèì áîëåå
90 % âåùåñòâà îáûêíîâåííûõ õîíäðèòîâ è ìåíåå 5 % âåùåñòâà óãëèñòûõ õîíäðèòîâ, ïðèíèìàÿ ìèíèìàëüíûå ñîäåðæàíèÿ ëåòó÷èõ ñ íåîáõîäèìîé ïîòåðåé
â óäàðíîé äåãàçàöèè. Â ðàìêàõ òàêîãî
ïîäõîäà äëÿ âîññîçäàíèÿ ïåðâè÷íûõ àòìîñôåðû è ãèäðîñôåðû ìîæíî èñïîëüçîâàòü ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ
ïî ñòóïåí÷àòîìó îòæèãó îáðàçöîâ ìå-
9
, ÿíâàðü, 2004 ã., ¹ 1
òåîðèòîâ. Èññëåäîâàíèå îáðàçöîâ, äîâåäåííûõ äî ïëàâëåíèÿ, ìîæåò äàòü óêàçàíèå íà äèôôåðåíöèàöèþ, ÷òî è áûëî
ñäåëàíî íàìè â âûøåóïîìÿíóòûõ ýêñïåðèìåíòàõ ñ ìåòåîðèòîì «Öàðåâ». Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî êðîìå ïåðâè÷íîé äèôôåðåíöèàöèè íà ñèëèêàòíûé è
ìåòàëëè÷åñêèé êîìïîíåíòû è òà è äðóãàÿ ïîäâåðãàþòñÿ âòîðè÷íûì ïðîöåññàì ëèêâàöèè.  ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ (ïðè íåáîëüøèõ äàâëåíèÿõ) â ðàñïëàâå ìåòàëëà FeS îòäåëÿåòñÿ îò FeNi, à â
ñèëèêàòíîì êîìïîíåíòå ïðîÿâëÿåòñÿ
îòäåëåíèå î÷åíü íåáîëüøîé ÷àñòè êîìïîíåíòà àíîðòîçèòîâîãî ñîñòàâà (àíàëîãà ïåðâè÷íîé êîðû?) îò ïðî÷åãî, â
ñðåäíåì, óëüòðàîñíîâíîãî êîìïîíåíòà (ïðèìèòèâíîé ìàíòèè?). Ýòîò ðåçóëüòàò ïîäòâåðæäàåò ðàííèå ýêñïåðèìåíòû ïî ïëàâëåíèþ îáðàçöîâ óãëèñòîãî
õîíäðèòà Allende è ñèëèêàòíîé ÷àñòè
îáûêíîâåííîãî õîíäðèòà Jilin, íî òðåáóåò äàëüíåéøåãî îñìûñëåíèÿ. Íàìè
áûëî ïðåäëîæåíî îðãàíèçîâàòü ïîèñê
íà äðåâíèõ (ñòàðøå 4 ìëðä ëåò) ëóííûõ
âûñîêîãîðüÿõ ñëåäîâ óäàðíûõ âûáðîñîâ ìàòåðèàëà ñ ïîâåðõíîñòè àðõåéñêîé
Çåìëè [22]. Íàõîäêè òàêîãî ìàòåðèàëà
ìîãëè áû ñóùåñòâåííî óâåëè÷èòü íàøè
çíàíèÿ î ïîâåðõíîñòíûõ îáîëî÷êàõ
äðåâíåé Çåìëè. Íåäàâíî èçâåñòíûé
àìåðèêàíñêèé àñòðîíàâò Àðìñòðîíã
ïðåäëîæèë ñîîòâåòñòâóþùèé èññëåäîâàòåëüñêèé ïðîåêò.
Îáðàçîâàíèå èîíîñôåðû
è ìàãíèòîñôåðû
Äàííûå ïî íàìàãíè÷åííîñòè äðåâíèõ ïîðîä âåñüìà îãðàíè÷åíû. Îòìåòèì êëàññè÷åñêèé ðåçóëüòàò [23], óêàçûâàþùèé íà ñóùåñòâîâàíèå ãåîäèíàìî 3.5 ìëðä ëåò íàçàä.  àâñòðàëèéñêèõ
öèðêîíàõ âîçðàñòîì 4.1—4.2 ìëðä ëåò
áûëè îáíàðóæåíû ñëåäû îñòàòî÷íîé
íàìàãíè÷åííîñòè [21]. Íàìè ðàíåå [1]
áûëè ïðîâåäåíû îöåíêè âðåìåíè îáðàçîâàíèÿ èîíîñôåð è ìàãíèòîñôåð
ïëàíåò çåìíîé ãðóïïû ïî èíåðòíûì
ãàçàì. Îñíîâíàÿ èäåÿ ñîñòîÿëà â òîì,
÷òî ïðè ôîðìèðîâàíèè èîíîñôåð è
ìàãíèòîñôåð âîçíèêàåò ýêðàíèðóþùàÿ
îáëàñòü, íå ïîçâîëÿþùàÿ ÷àñòèöàì
ñîëíå÷íîãî âåòðà ýôôåêòèâíî ïðîíèêàòü â àòìîñôåðó è íàêàïëèâàòüñÿ â íåé.
Èç ñðàâíåíèÿ ñîäåðæàíèé àðãîíà è íåîíà â àòìîñôåðàõ Çåìëè è Ìàðñà è äàííûõ ïî èõ îáèëèþ â ïîòîêå ñîëíå÷íîãî
âåòðà ñëåäóåò âûâîä î òîì, ÷òî ïðèâíåñåíèå Ar è Ne â àòìîñôåðó Ìàðñà è Ne
â àòìîñôåðó Çåìëè ìîãëî áûòü âåñüìà
âåëèêî. Òàê êàê ïîãëîùåíèå ýòèõ èíåðò-
10
íûõ ãàçîâ ïîðîäàìè Çåìëè è Ìàðñà è
òåðìè÷åñêàÿ äèññèïàöèÿ àðãîíà èç ýêçîñôåð ýòèõ ïëàíåò çà ìèëëèàðäû ëåò
ïðåíåáðåæèìî ìàëû, îòñóòñòâèå áîëüøîãî êîëè÷åñòâà 36Ar â àòìîñôåðå Ìàðñà ìîæíî îáúÿñíèòü ëèøü ðàííèì âîçíèêíîâåíèåì èîíîñôåðû (è àòìîñôåðû) èëè ìàãíèòîñôåðû (ò. å. ÿäðà, ãåíåðèðóþùåãî ìàãíèòíîå ïîëå è âûçûâàþùåãî â ñëó÷àå äîñòàòî÷íî ìîùíîé
àòìîñôåðû âîçíèêíîâåíèå ìàãíèòîñôåðû). Âîçíèêíîâåíèå ðàííåãî ýêðàíà ïðåäîòâðàòèëî ýôôåêòèâíîå ïðîíèêíîâåíèå ÷àñòèö ñîëíå÷íîãî âåòðà â
ìàðñèàíñêóþ àòìîñôåðó. Äëÿ Ìàðñà
ïî àðãîíó ñëåäóåò îöåíêà ñâåðõó: âðåìÿ âîçíèêíîâåíèÿ çàùèòíîãî ýêðàíà
ìåíåå 400—700 ìëí ëåò. Ïî íåîíó â
ìàðñèàíñêîé àòìîñôåðå ïðîñòóþ îöåíêó ñäåëàòü íåëüçÿ, òàê êàê Ne âåñüìà
ýôôåêòèâíî äèññèïèðóåò èç åãî ýêçîñôåðû (ïî÷òè òàê æå, êàê ãåëèé èç çåìíîé). Äëÿ áîëåå ìàññèâíîé Çåìëè äèññèïàöèåé íåîíà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü è
ïîëó÷èòü àíàëîãè÷íóþ îöåíêó âðåìåíè âîçíèêíîâåíèÿ çàùèòíîãî ýêðàíà ó
Çåìëè «ïî íåîíó», ÷òî äàåò ìåíåå
1.6 ìëðä ëåò. Â ýòèõ îöåíêàõ ïàðàìåòðû
ñîëíå÷íîãî âåòðà (ñîäåðæàíèå ïðîòîíîâ íà äàííîì ðàññòîÿíèè îò Ñîëíöà è
ñêîðîñòü ñîëíå÷íîãî âåòðà) áûëè âçÿòû ðàâíûìè ïðèíèìàåìûì ñåãîäíÿ
ñðåäíèì çíà÷åíèÿì. Èìåþùèåñÿ äàííûå ïî èíòåíñèâíîñòè ñîëíå÷íîãî âåòðà â ïðîøëîì, ïîëó÷åííûå íà îñíîâàíèè èçó÷åíèÿ òðåêîâ ñîëíå÷íûõ ÷àñòèö
â çåðíàõ äðåâíèõ ëóííûõ ïîðîä, ãîâîðÿò î ñëàáîì ïîâûøåíèè èíòåíñèâíîñòè ñîëíå÷íîãî âåòðà â ïðîøëîì äëÿ
ïîðîä ñ íàèáîëüøèìè âîçðàñòàìè. Ó
î÷åíü ìîëîäîãî àêòèâíîãî Ñîëíöà èíòåíñèâíîñòü âåòðà â ïåðâûå ìèëëèîíû
ëåò ìîãëà áûòü è íà ïîðÿäîê áîëüøå
(êàê ýòî íàáëþäàåòñÿ ó ìîëîäûõ çâåçä).
Îòìåòèì, ÷òî äâóêðàòíîå è áîëüøåå
óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè èëè ÷èñëà ïðîòîíîâ óìåíüøàåò ïðèâåäåííûå öèôðû íå
ìåíåå ÷åì â äâà ðàçà. Áîëåå îïðåäåëåííûå âûâîäû ñ èñïîëüçîâàíèåì óêàçàííîé ìåòîäèêè ìîæíî áóäåò ïîëó÷èòü
ïîñëå ïðåöèçèîííûõ èçìåðåíèé îáèëèÿ èçîòîïîâ ðåäêèõ ãàçîâ â ìàðñèàíñêîé àòìîñôåðå è ñîëíå÷íîì âåòðå.
Óñëîâèÿ äëÿ ñóùåñòâîâàíèÿ ïðåäáèîòû â ïåðâûå 500 ìèëëèîíîâ ëåò
Èñïîëüçóþòñÿ äâà âçàèìîäîïîëíÿþùèõ ïîäõîäà äëÿ îïðåäåëåíèÿ óñëîâèé
âîçìîæíîñòè ñóùåñòâîâàíèÿ æèçíè íà
ðàííåé Çåìëå. Ïåðâûé çàêëþ÷àåòñÿ â
îïèñàíèè âåðîÿòíûõ ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ
óñëîâèé èñõîäÿ èç òîãî èëè èíîãî ñöåíàðèÿ ïðîèñõîæäåíèÿ Çåìëè è åå ãåîñôåð è çàòåì ìîäåëèðîâàíèè âîçíèêíîâåíèÿ áèîòû. Âòîðîé èñõîäèò èç âîçìîæíîñòè ðàííåãî ñóùåñòâîâàíèÿ “ìèðîâ
ÀÒÔ, ÐÍÊ, ëèïèäîâ” è ò. ä., ÷òîáû êî âðåìåíè 3.5 ìëðä ëåò íàçàä óæå áûëî âîçìîæíî ïîÿâëåíèå îäíîêëåòî÷íûõ, ÷üè
ñëåäû (îêàìåíåëûå îñòàòêè êîëîíèé
ïðèìèòèâíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ) îáíàðóæåíû â äðåâíèõ ïîðîäàõ ýòîãî âîçðàñòà. Ãèïîòåçà Äæ. Äàðâèíà î çàðîæäåíèè æèçíè â òåïëûõ ïåðâè÷íûõ áàññåéíàõ, ãèïîòåçà Îïàðèíà î êîàöåðâàòàõ,
ýêñïåðèìåíòû Ìèëëåðà-Þðè ñòàëè îñíîâîé äëÿ êîíöåïöèè âåñüìà âîññòàíîâèòåëüíûõ óñëîâèé íà ðàííåé Çåìëå. Ïî
ìíåíèþ Ãàëèìîâà [24], íàèáîëåå áëàãîïðèÿòíàÿ îáñòàíîâêà äëÿ ÀÒÔ-ìèðà
áûëà áû â ñëó÷àå âîññòàíîâèòåëüíîé
àòìîñôåðû ïðè óìåðåííî îêèñëåííîé
êîðå è ïðèñóòñòâèè âîäíûõ áàññåéíîâ.
Îáíàðóæåíèå ñîâðåìåííûõ òåðìîôèëîâ ïðèâåëî ê ãèïîòåçàì î çàðîæäåíèè
æèçíè âáëèçè ãîðÿ÷èõ òåðìàëüíûõ èñòî÷íèêîâ.  îäíîé èç ïîñëåäíèõ ðàáîò
[25] äåòàëüíî îáñóæäàåòñÿ òåîðèÿ ïåðåõîäà îò àáèîòè÷åñêîé ãåîõèìèè ê õåìîàâòîòðîôíûì ïðîêàðèîòàì è äàëåå ê
ïðèìèòèâíûì êëåòêàì ñ ÿäðàìè â óñëîâèÿõ ãèäðîòåðìàëüíûõ èñòî÷íèêîâ â ïåðâè÷íûõ áàññåéíàõ. Èçîòîïíûå óêàçàíèÿ
íà ïðèçíàêè æèçíè óæå 3.8 ìëðä ëåò ïîêà
ïðèçíàþòñÿ äèñêóññèîííûìè. Æèâî îáñóæäàþòñÿ è ðàçíîîáðàçíûå âàðèàíòû
èäåè ïàíñïåðìèè: îò âîçìîæíîñòè ïðèâíîñà ìåòåîðèòíûì èëè êîìåòíûì âåùåñòâîì ïðîñòåéøèõ àìèíîêèñëîò (ñëàáûé âàðèàíò ïàíñïåðìèè) äî ïîñòàâêè
ñïîð âíåñîëíå÷íîãî ïðîèñõîæäåíèÿ
(ñèëüíûé âàðèàíò ïàíñïåðìèè). Óêàçûâàëîñü íà âîçìîæíîñòü îáìåíà êîìåòíûì ìàòåðèàëîì ñ ñîñåäíèìè ïëàíåòíûìè ñèñòåìàìè, îñîáåííî íà ðàííèõ
ñòàäèÿõ ñóùåñòâîâàíèÿ Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû, êîãäà Ñîëíöå åùå áûëî â ñîñòàâå
íåðàñïàâøåãîñÿ çâåçäíîãî ñêîïëåíèÿ
[26]. Â âåùåñòâå ìåòåîðèòà «Murchison»
îáíàðóæåíû ñëåäû 90 àìèíîêèñëîò, 8 èç
êîòîðûõ ñîñòàâëÿþò îñíîâó çåìíîé áèîòû. Âàæíî, ÷òî ó àìèíîêèñëîò ýòîãî
ìåòåîðèòà èìååòñÿ çàìåòíûé èçáûòîê L
ôîðì íàä D ôîðìàìè, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîíîâîìó ïîäîéòè ê ïðîáëåìå êèðàëüíîñòè. Ïî-âèäèìîìó, â áëèæàéøèå ãîäû
ñëåäóåò îæèäàòü ñóùåñòâåííîãî ïðîðûâà â ïîíèìàíèè ïðîèñõîæäåíèÿ æèçíè.
Íèæå ìû ñôîðìóëèðóåì íåêîòîðûå
âûâîäû, êîòîðûå ìîæíî ñäåëàòü íà îñíîâàíèè óæå ïðîâåäåííûõ ê ýòîìó âðåìåíè èññëåäîâàíèé ïî ñòàíäàðòíîìó ñöå-
, ÿíâàðü, 2004 ã., ¹ 1
íàðèþ îáðàçîâàíèÿ Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû
è ôîðìèðîâàíèÿ çåìíûõ ãåîñôåð ñ ó÷åòîì ïîñëåäíèõ äàííûõ ïî èçîòîïíûì ñèñòåìàì è àâñòðàëèéñêèì öèðêîíàì.
Âûâîäû
• Ñîãëàñîâàííûå òåîðèÿ è äàííûå
ñðàâíèòåëüíîé ïëàíåòîëîãèè è íàóê î
Çåìëå ïîçâîëÿþò ñ óâåðåííîñòüþ ãîâîðèòü î òîì, ÷òî ôîðìèðîâàíèå ïëàíåò
çåìíîé ãðóïïû ïðîõîäèëî îò ïîÿâëåíèÿ
ïåðâûõ êîíäåíñàòîâ (4.566—4.567 ìëðä
ëåò íàçàä) çà 30—100 ìëí ëåò.
• Ôîðìèðîâàíèå Ëóíû áûëî âûçâàíî â îñíîâíîì óäàðíûìè âûáðîñàìè
îò êðóïíûõ ïàäàþùèõ òåë íåçàäîëãî äî
çàâåðøàþùåé ñòàäèè ôîðìèðîâàíèÿ
Çåìëè.
• Îòäåëåíèå âûñîêîæåëåçèñòîãî
êîìïîíåíòà îò ñèëèêàòîâ ïðîòåêàëî â
íåêîòîðûõ ðîäèòåëüñêèõ òåëàõ ñîâðåìåííûõ ìåòåîðèòîâ è â ðàñòóùèõ ïðîòîïëàíåòàõ.
• Îáðàçîâàíèå çåìíîãî ÿäðà â îñíîâíîì ïðîèñõîäèëî â õîäå àêêóìóëÿöèè Çåìëè.
• Äèôôåðåíöèàöèÿ ìàíòèéíîãî âåùåñòâà, íà÷àâøàÿñÿ â ïðîöåññå àêêóìóëÿöèè Çåìëè, ïðîäîëæàëàñü â ïîñëåäóþùèå ïåðèîäû, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ è ñ ðåçóëüòàòàìè ïî èññëåäîâàíèþ äðóãèõ
èçîòîïíûõ ñèñòåì (Nd-Sm, Rb-Sr).
• Ñóùåñòâåííîå ñíèæåíèå ïîòîêà
ïàäàâøèõ òåë è èíòåíñèâíîñòè óäàðíîé
ïåðåðàáîòêè ìîãëî áûòü ëèøü ê êîíöó
ïåðâûõ 500 ìëí ëåò (ñì. òàáë. 2 è ðèñóíîê). Ê ýòîìó ìîìåíòó çàòóõàíèå óäàðíîé ñòåðèëèçàöèè ìîãëî äàòü øàíñ ê
âûæèâàíèþ ïåðâè÷íîé áèîòû.
• Åñëè ïàäàâøèå òåëà áûëè òàê æå
ðàçíîîáðàçíû ïî ñîñòàâó, êàê ýòî ìû
íàáëþäàåì â ìåòåîðèòàõ è ìåæïëàíåòíîé ïûëè â çåìíîé êîëëåêöèè, òî ìîãëè
áûòü âåñüìà áîëüøèå âðåìåííûå è
ïðîñòðàíñòâåííûå ôëóêòóàöèè âîññòàíîâèòåëüíî-îêèñëèòåëüíîé îáñòàíîâêè
â îòäåëüíûõ ðåçåðâóàðàõ è ñîîòâåòñòâóþùèå âàðèàöèè â ñîñòàâå òàê íàçûâàåìîãî C-O-H-N-P-S – ìèðà îðãàíèêè.
• Âàæíîé âåõîé â ýíåðãåòè÷åñêîì
áàëàíñå Çåìëè áûë ïåðèîä, êîãäà ïîòîê
ñîëíå÷íîé ýíåðãèè íà Çåìëþ ñðàâíÿëñÿ è ñòàë áîëüøå ïîòîêà êèíåòè÷åñêîé
ýíåðãèè ïàäàâøèõ òåë. Ñòîõàñòè÷åñêèé
õàðàêòåð àêêóìóëÿöèè ïëàíåòû ïðèâîäèë ê áîëüøèì ôëóêòóàöèÿì òåðìîäèíàìè÷åñêèõ óñëîâèé è ïåðåìåæàåìîñòè âî âðåìåíè è ïðîñòðàíñòâå ãîðÿ÷èõ
è õîëîäíûõ ðåçåðâóàðîâ.
Îãðàíè÷åííîå êîëè÷åñòâî äàííûõ î
ðàííåé Çåìëå íå ïîçâîëÿåò ïîêà ñäåëàòü
áîëåå îïðåäåëåííûå âûâîäû î ñîñòàâå
ðàííåé àòìîñôåðû è åå ìàññå. Òî æå
ñëåäóåò ñêàçàòü è î ìàññàõ ïåðâè÷íîé
ãèäðîñôåðû è êîðû. Îïðåäåëåííûå íàäåæäû ìû ñâÿçûâàåì ñ ëàáîðàòîðíûìè
ýêñïåðèìåíòàìè òèïà ïëàíèðóåìîãî â
ÈÄÃ ÐÀÍ ýêñïåðèìåíòà «Öàðåâ-2».
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå
ãðàíòîâ ÐÔÔÈ, ÈÄÃ ÐÀÍ è ïðîãðàììû «Ïðîáëåìû çàðîæäåíèÿ áèîñôåðû
Çåìëè è åå ýâîëþöèè».
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
1. Âèòÿçåâ À. Â., Ïå÷åðíèêîâà Ã. Â.,
Ñàôðîíîâ Â. Ñ. Ïëàíåòû çåìíîé ãðóïïû:
Ïðîèñõîæäåíèå è ðàííÿÿ ýâîëþöèÿ. Ì.:
Íàóêà, 1990. 296 ñ. 2. Vityazev A. V.,
Pechernikova G. V. Late stages of accumulation and early evolution of the planets // Planetary sciences, American and Soviet Research
— Proceedings from the US-USSR Workshop
on Planetary Sciences / Eds. T. M. Donahue,
K. K. Trivers, D. M. Abramson — Washington, D. C.: National Academy Press, 1991. P.
143—162. 3. Vityazev A., Pechernikova G.
Macroimpacts and crust and atmosphere
forming in early terrestrial history // Planetary Systems: the long view / Eds.
L. M. Celnikier and J. Tran Thanh Van.
France: Editions Frontieres, 1998. P. 95—
97. 4. Âèòÿçåâ À. Â., Ïå÷åðíèêîâà Ã. Â.
Ðàííÿÿ äèôôåðåíöèàöèÿ Çåìëè è ïðîáëåìà
ëóííîãî ñîñòàâà // Ôèçèêà Çåìëè, 1996. ¹
6. Ñ. 3—16. 5. Azbel I. Ya., Tolstikhin I. N.,
Kramers J. D.,
Pechernikova G. V.,
Vityazev A. V. Core formation during homogeneous Earth accretion: a dynamic approach
// Geochimica et Cosmochimica Acta,
1993. V. 57. ¹ 12. P. 2889—2898.
6. Pechernikova G. V., Vityazev A. V. Erosion
of Mercury silicate shell during its accumulation // XVIII LPSC. Houston: The Lunar and
Planetary Institute, 1987. P. 770—771.
7. Vityazev A. V., Pechernikova G. V.,
Safronov V. S. Formation of Mercury and removal of its silicate shell // Mercury / Eds. F.
Vilas, C. R. Chapman, M. S. Matthews. Tucson: The University of Arizona Press, 1988.
P. 667—669. 8. Cameron A.G.W., B. Fegley,
Jr., W. Benz and W. L. Slattery. The strange
density of Mercury: theoretical considerations
// Mercury / Eds. F. Vilas, C.R. Chapman, M.S.
Matthews. Tucson: The University of Arizona
Press, 1988. P. 692—708. 9. Origin of the
Earth and Moon / Eds. R. Canup and K. Righter. Univ. Arizona Press, Space Science Series, 2000. 555 p. 10. Pechernikova G.V.,
Vityazev A.V. Statistical model of Earth-Moon
coaccretion and macroimpacts // XXVII LPSC.
Houston: LPI, 1996. P. 1213—1214. 11. Lee
D. C., Halliday A. N. Hafnium-tungstem chro-
nometry and the timing of terrestrial core formation // Nature, 1995. V. 378. P. 771—774.
12. Yin Q. Z. et al. A short timescale for terrestrial planet formation from Hf-W chronometry of meteorites // Nature. 2002. V. 418. P.
949—952. 13. Kleine T. et al. Rapid accretion
and early core formation on asteroids and the
terrestrial planets from Hf–W chronometry //
Nature, 2002. V. 418. P. 952—955. 14. Shoenberg R. et al. New W-isotope evidence for
rapid terrestrial accretion and very early
coreformation // Geochemica et Cosmochemica Acta, 2002. V. 66, ¹ 17. P. 3151—3160.
15. Vityazev A.V., Pechernikova G.V., Bashkirov A.G. Early accretion and differentiation of protoplanetary bodies and Hf-W chronometry // Large Meteorite Impacts III, 2003.
#4035, Sess. 1. 16. Vityazev A.V., Pechernikova G.V., Bashkirov A.G. Accretion and differentiation of terrestrial protoplanetary bodies and Hf-W chronometry //LPSC 2003.
#1656, Sess. 85. 17. Jacobsen S.B., Yin Q. Z.
Core formation models and extinct nuclides.
LPSC XXXII, 2001. 1961 pdf. 18. Zetzer J.I.,
Vityazev A.V. Experiment «Tsarev» and differentiation of chondritic bodies // Worlds in
Interaction: Small Bodies and Planets of the
Solar System/ Eds. H. Rickman and M.J. Valtonen. Kluwer Academic Publishers, 1996.
P. 474—480; Earth, Moon, and Planets. 1996.
V. 72, ¹ 1—3. P. 475—480. 19. Komiya T.
Secular Change of the Solid Earth. 2003. In
“Goldschmidt Conference Abstracts 2003”,
A231. 20. Wilde S. A. et. al. Evidence from
detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr
ago. Nature, 2001. V. 409, P. 175-178. 21.
Harrison T. M., Mojzsis S. J. The mission to
really early Earth: A progress report. 2003.
In “Goldschmidt Conference Abstracts
2002”, A135. 22. Pechernikova G.V.,
Vityazev A.V. Exchange of Material During
Formation of the Earth and Moon // Abst.
Internat. Conf. “Origin of the Earth and
Moon”. Monterey, 1998. P. 31. 23. McElhinny M. W., Senanayake W. E. Peleomagnetice
evidence for the existence of the geomagnetic
field 3.5 Ga ago // J. Geophys. Res., 980. V.
85. P. 3523—3528. 24. Ý. Ì. Ãàëèìîâ.
Ôåíîìåí æèçíè: ìåæäó ðàâíîâåñèåì è
íåëèíåéíîñòüþ. Ïðîèñõîæäåíèå è
ïðèíöèïû ýâîëþöèè. Ì: Åäèòîðèàë ÓÐÑÑ,
2001. 256 ñ. 25. Martin W. and Russel M. J.
On the origins of cells: a hypothesis for the
evolutionary transitions from abiotic
geochemistry to chemoautotrophic procaryotes, and from procaryotes to nucleated cells.
Phil. Trans. R. Soc. London. B, 2003. 358. P.
59—85. 26. Vityazev A.V. Formation of
cometary subnuclei // Planet. Space Sci.,
1996. V. 44. ¹ 9. P. 967—971.
11